Анатомо-биомеханични характеристики на гръбначния стълб

Гръбначният стълб трябва да се разглежда от анатомична (биомеханична) и функционална страна.

Анатомично гръбначният стълб се състои от 32, понякога 33 отделни прешлена, свързани помежду си чрез междупрешленни дискове (art. intersomatica), които представляват синхондроза, и стави (art. intervertebrales). Стабилността или твърдостта на гръбначния стълб се осигурява от мощен лигаментен апарат, свързващ телата на прешлените (lig. longitudinale anterius et posterius) и капсулата на междупрешленните стави, връзки, свързващи прешленните дъги (lig. flava), връзки, свързващи спинозните израстъци (lig. supraspinosum et intraspinosum).

От биомеханична гледна точка, гръбначният стълб е като кинематична верига, състояща се от отделни звена. Всеки прешлен се съчленява със съседния в три точки:

В двете междупрешленни стави отзад и от телата (чрез междупрешленния диск) отпред.

Връзките между ставните процеси представляват истински стави.

Разположени един над друг, прешлените образуват две колони - предната, изградена от телата на прешлените, и задната, образувана от дъгите и междупрешленните стави.

Подвижността на гръбначния стълб, неговата еластичност и устойчивост, способността да издържа на значителни натоварвания до известна степен се осигуряват от междупрешленните дискове, които са в тясна анатомична и функционална връзка с всички структури на гръбначния стълб, образуващи гръбначния стълб.

Междупрешленният диск играе водеща роля в биомеханиката, бидейки „душата на движението“ на гръбначния стълб (Franceschilli, 1947). Като сложна анатомична формация, дискът изпълнява следните функции:

• сливане на прешлени,
• осигуряване на мобилността на гръбначния стълб,
• защита на телата на прешлените от постоянна травма (амортисьорна роля).

ВНИМАНИЕ! Всеки патологичен процес, който отслабва функцията на диска, нарушава биомеханиката на гръбначния стълб. Функционалните възможности на гръбначния стълб също се нарушават.

Анатомичният комплекс, състоящ се от един междупрешленен диск, два съседни прешлена със съответните стави и лигаментен апарат на това ниво, се нарича вертебрален двигателен сегмент (ВПС).

Междупрешленният диск се състои от две хиалинови пластини, които плътно прилепват към крайните пластини на телата на съседни прешлени, nucleus pulposus и фиброзния пръстен (annulus fibrosus).

Ядрото пулпозус, което е остатък от дорзалната нотохорд, съдържа:

• интерстициално вещество хондрин;
• малък брой хрущялни клетки и преплетени колагенови влакна, които образуват вид капсула и ѝ придават еластичност.

ВНИМАНИЕ! В средата на nucleus pulposus има кухина, чийто обем обикновено е 1-1,5 ^cm3.

Фиброзният пръстен на междупрешленния диск се състои от плътни снопове съединителна тъкан, преплетени в различни посоки.

Централните снопове на фиброзния пръстен са разположени свободно и постепенно преминават в капсулата на ядрото, докато периферните снопове са плътно прилепнали един към друг и са вградени в костния маргинален ръб. Задният полукръг на пръстена е по-слаб от предния, особено в лумбалната и шийната част на гръбначния стълб. Страничните и предните части на междупрешленния диск леко стърчат извън костната тъкан, тъй като дискът е малко по-широк от телата на съседните прешлени.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Спинални връзки

Предната надлъжна връзка, представляваща периоста, е здраво срасната с телата на прешлените и свободно преминава над диска.

Задната надлъжна връзка, която участва във формирането на предната стена на гръбначния канал, напротив, е свободно прехвърлена върху повърхността на прешленните тела и е сраснала с диска. Тази връзка е добре представена в шийния и гръдния отдел на гръбначния стълб; в лумбалната област е сведена до тясна лента, по която често могат да се наблюдават пролуки. За разлика от предната надлъжна връзка, тя е много слабо развита в лумбалната област, където най-често се наблюдават пролапси на дисковете.

Жълтите връзки (общо 23 връзки) са разположени сегментно, започвайки от C прешлен до S прешлен. Тези връзки сякаш стърчат в гръбначния канал и по този начин намаляват диаметъра му. Поради факта, че са най-развити в лумбалната област, в случаи на патологична хипертрофия могат да се наблюдават явления на компресия на конската опашка.

Механичната роля на тези връзки е различна и е особено важна от гледна точка на статиката и кинематиката на гръбначния стълб:

• те поддържат цервикалната и лумбалната лордоза, като по този начин укрепват действието на паравертебралните мускули;
• определят посоката на движение на прешленните тела, чиято амплитуда се контролира от междупрешленните дискове;
• защитават гръбначния мозък директно чрез затваряне на пространството между пластините и индиректно чрез еластичната си структура, поради което по време на разтягане на торса тези връзки остават напълно разтегнати (при условие, че ако се свият, гънките им биха компресирали гръбначния мозък);
• заедно с паравертебралните мускули, те помагат за привеждане на торса от вентрална флексия във вертикално положение;
• имат инхибиращ ефект върху nucleus pulposus, което чрез междудисково налягане е склонно да раздалечава два съседни прешлена.

Връзката на арките и процесите на съседни прешлени се осъществява не само от жълтите, но и от междуспинозните, надспинозните и междунапречните връзки.

В допълнение към дисковете и надлъжните връзки, прешлените са свързани чрез две междупрешленни стави, образувани от ставни израстъци, които имат характеристики в различни секции. Тези израстъци ограничават междупрешленните отвори, през които излизат нервните коренчета.

Инервацията на външните части на фиброзния пръстен, задната надлъжна връзка, периоста, ставната капсула, съдовете и мембраните на гръбначния мозък се осъществява от синувертебралния нерв (n. sinuvertebralis), състоящ се от симпатикови и соматични влакна. Храненето на диска при възрастен става чрез дифузия през хиалиновите пластини.

Изброените анатомични характеристики, както и данните от сравнителната анатомия, ни позволиха да разглеждаме междупрешленния диск като полустав (Schmorl, 1932), докато nucleus pulposus, съдържащ синовиална течност (Vinogradova TP, 1951), се сравнява със ставната кухина; крайните пластини на прешлените, покрити с хиалинен хрущял, се оприличават на ставните краища, а фиброзният пръстен се разглежда като ставна капсула и лигаментен апарат.

Междупрешленният диск е типична хидростатична система. Тъй като течностите са практически несвиваеми, всяко налягане, действащо върху ядрото, се трансформира равномерно във всички посоки. Фиброзният пръстен, с напрежението на влакната си, държи ядрото и абсорбира по-голямата част от енергията. Благодарение на еластичните свойства на диска, ударите и сътресенията, предавани на гръбначния стълб, гръбначния мозък и мозъка, се омекотяват значително при бягане, ходене, скачане и др.

Тургорът на ядрото варира значително: когато натоварването намалява, то се увеличава и обратно. Значителното налягане върху ядрото може да се съди по факта, че след престой в хоризонтално положение в продължение на няколко часа, изправянето на дисковете удължава гръбначния стълб с повече от 2 см. Известно е също, че разликата в човешкия ръст през деня може да достигне 4 см.

Прешленните тела в различните части на гръбначния стълб имат свои отличителни анатомични и функционални характеристики.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Шиен отдел на гръбначния стълб

В съответствие с функционалните задачи на опората, размерите на телата на прешлените постепенно се увеличават от шийните до поясните области, достигайки най-големия си размер в S прешлените;

• Шийните прешлени, за разлика от тези, разположени отдолу, имат относително ниски тела с елипсовидна форма;
• Телата на шийните прешлени не са разделени едно от друго с диск по цялата си дължина. Тези удължени горно-странични ръбове на телата на прешлените, наречени полулунни или куковидни израстъци (processus uncinatus), свързващи се с долно-страничните ъгли на телата на надлежащите прешлени, образуват така наречената става на Лушка, или унковертебрална артикулация, според терминологията на Троланд. Между processus uncinatus и фасетката на горния прешлен има унковертебрална празнина от 2-4 мм;
• Унковертебралните ставни повърхности са покрити със ставен хрущял, а ставата е обградена отвън от капсула. В тази област вертикалните влакна на фиброзния пръстен (annulus fibrosus) по страничната повърхност на диска се разминават и се разпростират в снопове, успоредни на отвора; дискът обаче не граничи директно с тази става, тъй като, приближавайки се до унковертебралната фисура, постепенно изчезва;
• анатомична особеност на шийните прешлени е наличието на отвори в основата на напречните израстъци, през които преминава a. vertebralis;
• Междупрешленните отвори C5 _, C6 _и C7 _имат триъгълна форма. Оста на отвора в сечението преминава в коса равнина. По този начин се създават условия за стесняване на отвора и компресия на коренчето с унковертебрални израстъци;
• спинозните израстъци на шийните прешлени (с изключение на C7 ₎ са разцепени и спуснати надолу;
• ставните процеси са относително къси, те са в наклонено положение между фронталната и хоризонталната равнина, което определя значителен обем движения на флексия-екстензия и донякъде ограничени странични накланяния;
• ротационните движения се извършват главно от горните шийни прешлени поради цилиндричното съчленение на зубовидния израстък със ставната повърхност на прешлена C1;
• спинозният израстък на C ₇ изпъква максимално и се палпира лесно;
• шийният отдел на гръбначния стълб се характеризира с всички видове движения (флексия-екстензия, навеждане надясно и наляво, ротация) и в най-голям обем;
• първият и вторият шийни коренчета излизат зад атлантоокципиталната и атлантоаксиалната става и в тези области няма междупрешленни дискове;
• В шийната област дебелината на междупрешленните дискове е 1/4 от височината на съответния прешлен.

Шийният отдел на гръбначния стълб е по-слаб и по-подвижен от лумбалния и като цяло е подложен на по-малко натоварване. Натоварването върху 1 cm2 ^от шийния диск обаче е не по-малко и дори по-голямо от това върху 1 cm2 ^от лумбалния отдел на гръбначния стълб (Mathiash). В резултат на това дегенеративните лезии на шийните прешлени са толкова чести, колкото и в лумбалния отдел на гръбначния стълб.

Р. Гали и др. (1995) показват, че лигаментният апарат осигурява много малка мобилност между телата на прешлените: хоризонталните измествания на съседните прешлени никога не надвишават 3-5 мм, а ъгловите наклони - 11°.

Нестабилност на PDS трябва да се очаква, когато има разстояние повече от 3-5 mm между телата на съседните прешлени и когато ъгълът между телата на прешлените се увеличи с повече от 11°.

[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ]

Гръден кош

В гръдната област, където обхватът на движение на гръбначния стълб е относително малък, прешлените са по-високи и по-дебели от шийните. От Th5 _до Th12 гръдни прешлени, напречният им размер постепенно се увеличава, приближавайки се до размера на горните лумбални прешлени; междупрешленните дискове в гръдната област са по-малки, отколкото в лумбалната и шийната област; дебелината на междупрешленните дискове е 1/3 от височината на съответния прешлен; междупрешленните отвори в гръдната област са по-тесни, отколкото в шийната област; гръбначният канал също е по-тесен, отколкото в лумбалната област; наличието на голям брой симпатикови влакна в гръдните коренчета не само причинява своеобразно вегетативно оцветяване на гръдните радикулопатии, но може да причини и развитие на висцерална болка и дискинезия; относително масивните, удебелени в краищата напречни израстъци на гръдните прешлени са наклонени донякъде назад, а спинозните израстъци са рязко наклонени надолу; Туберкулът на реброто граничи с предната повърхност на удебеления свободен край на напречния израстък, образувайки истинска костотрансверсална става; друга артикулация се образува между главата на реброто и страничната повърхност на тялото на прешлена на нивото на диска.

Тези стави са подсилени от здрави връзки. Когато гръбначният стълб се върти, ребрата и страничните повърхности на прешлените с напречни израстъци следват гръбначния стълб, завъртайки се около вертикалната ос като едно цяло.

Гръдният отдел на гръбначния стълб има две отличителни характеристики:

• нормална кифотична извивка, за разлика от лордотична извивка на шийния и лумбалния отдел на гръбначния стълб;
• съчленение на всеки прешлен с чифт ребра.

Стабилност и мобилност на гръдния отдел на гръбначния стълб

Основните стабилизиращи елементи са: а) ребрената рамка; б) междупрешленни дискове; в) фиброзни пръстени; г) връзки (предни и задни надлъжни връзки, радиална връзка, реберно-напречна връзка, междунапречни връзки, жълта връзка, между- и надгръбначни връзки).

Ребрата с лигаментния апарат осигуряват достатъчна стабилност и същевременно ограничават подвижността по време на движения (флексия - екстензия, странично навеждане и ротация).

ВНИМАНИЕ! При движение в гръдната област, въртенето е най-малко ограничено.

Междупрешленните дискове, заедно с фиброзния пръстен, освен че омекотяват, изпълняват стабилизираща функция: в този участък дисковете са по-малки, отколкото в шийните и лумбалните участъци, което минимизира мобилността между телата на прешлените.

Състоянието на лигаментния апарат определя стабилността на гръдния отдел на гръбначния стълб.

Редица автори (Хелдсуърт, Денис, Джчам, Тейлър и др.) са обосновали теорията за триточковата стабилност.

Ключовата роля се отдава на задния комплекс: неговата цялост е съществено условие за стабилност, а увреждането на задните и средните опорни структури се проявява с клинична нестабилност.

Важен стабилизиращ елемент е ставната капсула, а анатомията на ставите също осигурява целостта на структурите.

Ставите са ориентирани във фронталната равнина, което ограничава флексията-екстензията и страничното огъване; следователно, сублуксациите и луксациите на ставите са изключително редки в гръдната област.

ВНИМАНИЕ! Най-нестабилната област е зоната Th10-L1 поради относително стабилните гръдни и по-мобилните лумбални области.

Лумбосакрален гръбнак

В лумбалната част на гръбначния стълб, която поддържа тежестта на горната част:

• телата на прешлените са най-широки, напречните и ставните израстъци са масивни;
• Предната повърхност на телата на лумбалните прешлени е леко вдлъбната в сагитална посока; тялото на L прешлен е малко по-високо отпред, отколкото отзад, което анатомично определя образуването на лумбална лордоза. При лордоза оста на натоварване се измества назад. Това улеснява ротационните движения около вертикалната ос на тялото;
• напречните израстъци на лумбалните прешлени обикновено са разположени фронтално; вентралните части на напречните израстъци на лумбалните прешлени са недоразвити остатъци от съответните лумбални ребра, поради което се наричат ребрени израстъци (processus costarii vertebrae lumbalis). В основата на ребрените израстъци се намират по-малки спомагателни израстъци (processus accessorius);
• ставните израстъци на лумбалните прешлени изпъкват забележимо, а ставните им повърхности са разположени под ъгъл спрямо сагиталната равнина;
• спинозните израстъци са удебелени и насочени назад почти хоризонтално; на постеролатералния ръб на всеки горен ставен израстък отдясно и отляво има малък коничен мамиларен израстък (processus mamillaris);
• Междупрешленните отвори в лумбалната област са доста широки. Въпреки това, при условия на деформация на гръбначния стълб, дегенеративни процеси и статични нарушения, синдромът на радикуларната болка най-често се появява в тази област;
• лумбалните дискове, в съответствие с най-голямото извършено натоварване, имат най-голяма височина - 1/3 от височината на тялото;
• Най-честата локализация на дискови протрузии и пролапси съответства на най-претоварените участъци: пространството между L4 _и Ls _и, малко по-рядко, между C и S1;
• Пулпозното ядро (nucleus pulposus) е разположено на границата между задната и средната третина на диска. Фиброзният пръстен в тази област е значително по-дебел отпред, където се поддържа от плътна предна надлъжна връзка, най-мощно развита в поясната област. Отзад фиброзният пръстен е по-тънък и е отделен от гръбначния канал от тънка и по-слабо развита задна надлъжна връзка, свързана с междупрешленните дискове по-здраво, отколкото с телата на прешлените. Тази връзка е свързана с последните чрез рехкава съединителна тъкан, в която е вграден венозният плексус, което създава допълнителни условия за образуване на изпъкналости и пролапс в лумена на гръбначния канал.

Една от характерните черти на гръбначния стълб е наличието на четири така наречени физиологични извивки, разположени в сагиталната равнина:

• цервикална лордоза, образувана от всички шийни и горни гръдни прешлени; най-голямата изпъкналост е на ниво _C5 и _C6;
• гръдна кифоза; максималната вдлъбнатина е на нивото _Th6 - _Th7;
• лумбална лордоза, образувана от последния гръден и всички лумбални прешлени. Най-голямата извивка е разположена на нивото на тялото L ₄;
• сакрокоцигеална кифоза.

Основните видове функционални нарушения в гръбначния стълб се развиват или по вида на изглаждане на физиологичните извивки, или по вида на тяхното увеличение (кифоза). Гръбначният стълб е единичен аксиален орган, разделянето му на различни анатомични отдели е условно, следователно не може да има хиперлордоза, например в шийния отдел на гръбначния стълб с изглаждане на лордозата в поясния и обратно.

В момента са систематизирани основните видове функционални нарушения при изгладени и хиперлордотични варианти на промени в гръбначния стълб.

1. При изглаждане на физиологичните извивки на гръбначния стълб се развиват функционални нарушения от флексионен тип, характеризиращи се с принудително положение на пациента (във флексионно положение) и включващи:

• ограничена подвижност в двигателните сегменти на шийния отдел на гръбначния стълб, включително в областта на ставите на главата;
• синдром на долен наклонен капит;
• лезии на дълбоките флексорни мускули на врата и стерноклеидомастоидния мускул;
• синдром на предната скалена;
• синдром на скапуларната област (синдром на повдигащия лопатката мускул);
• синдром на предната гръдна стена;
• в някои случаи - синдром на скапулохумерален периартрит;
• в някои случаи - синдром на латерална епикондилоза на лакътя;
• ограничена подвижност на 1-во ребро, в някои случаи - на I-IV ребра, ключични стави;
• синдром на сплескване на лумбалната лордоза;
• синдром на паравертебралните мускули.

Ограничаване на мобилността в двигателните сегменти на лумбалния и долния гръден отдел на гръбначния стълб: в лумбалния - флексия и долния гръден отдел - екстензия:

• ограничена подвижност в сакроилиачната става;
• адукторен синдром;
• илиопсоасен синдром.

2. С увеличаване на физиологичните извивки в гръбначния стълб се развиват функционални нарушения от тип екстензия, характеризиращи се с изправена „горда“ походка на пациента и ограничено екстензия в лумбалната и шийната част на гръбначния стълб по време на проявата на клиничните прояви на заболяването. Тя включва:

• ограничена подвижност в двигателните сегменти на средношийния и цервикоторакалния отдел на гръбначния стълб;
• цервикалгия на мускулите на екстензорите на врата;
• в някои случаи - синдром на вътрешната епикондилоза на лакътя;
• ограничена подвижност в двигателните сегменти на гръдния кош.
• синдром на лумбалната хиперлордоза;
• ограничение на разгъването в двигателните сегменти на лумбалния отдел на гръбначния стълб: L1-L2 и L2 _- L3 _, в някои случаи - _L3 - _L4;
• синдром на задната част на бедрената става;
• синдром на абдуктор на тазобедрената става;
• синдром на пириформис;
• синдром на кокцидиния.

По този начин, когато симетрията на активните усилия е нарушена дори при нормални физиологични условия, настъпва промяна в конфигурацията на гръбначния стълб. Поради физиологичните извивки, гръбначният стълб може да издържи аксиално натоварване 18 пъти по-голямо от бетонна колона със същата дебелина. Това е възможно благодарение на факта, че при наличие на извивки силата на натоварване се разпределя равномерно по целия гръбначен стълб.

Гръбначният стълб включва и неподвижната си част - сакрума и леко подвижната опашна кост.

Сакрумът и петият лумбален прешлен са основата на целия гръбначен стълб, осигурявайки опора за всички негови надлежащи отдели и изпитвайки най-голямо натоварване.

Формирането на гръбначния стълб и развитието на неговите физиологични и патологични извивки се влияе значително от положението на IV и V лумбалните прешлени и сакрума, т.е. от съотношението между сакралните и надлежащите части на гръбначния стълб.

Обикновено сакрумът е под ъгъл от 30° спрямо вертикалната ос на тялото. Силно изразеният наклон на таза причинява лумбална лордоза за поддържане на равновесие.

[ 14 ], [ 15 ], [ 16 ], [ 17 ]